Устройство для определения модуля упругости материала с нелинейными упругопластическими свойствами

ОПИСАНИЕ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 111957048 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт. свид-ву - (22) Заявлено 03.03.81 (21) 3254380/25 6 01 М 3/0006 01 Х 3/06 вкиприсоединением Гавударствеииый камитет риорите 3) УДК 620.1о 07.09.82. Бюллетень33кования описания 17.09.82 убл иков делам изобретеи и аткрмтий(72) Авторы изобретения Ю. Д. Скрипник и Воитен Институт проблем прочности АН Украинской(71) Заявите 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЯ УПРУГОСТ МАТЕРИАЛА С НЕЛИНЕЙНЫМИ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИИзобретение относится к испытательнойтехнике, в частности к устройствам дляопределения модуля упругости и секущегомодуля материала с нелинейными упругопластическими свойствами,Известно устройство для определениямодуля упругости материала с нелинейными упругопластическими свойствами,содержащее узел деформирования образцаматериала, датчики напряжения и деформации и регистрирующее устройство дляпостроения диаграммы напряжение-деформация 1) .Недостатком известного устройства явля.ется низкая точность определения модуляупругости и еекущего модуля графическимпутем по диаграмме напряжение-деформация.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определениямодуля упругости материала с нелинейными упругопластическими свойствами, содержащее узел деформирования образца материала, датчики напряжения и деформации,электронные усилители сигналов датчиков напряжения и деформации и связанныи с ними блок дифференцирования. В известном устройстве непрерывно регистрируют производную (угол наклона) диаграммы напряжение-деформация, А затем при обработке полученных результатов определяют модуль упругости материала 2.Недостатком известного способа является низкая точность определения модуля упругости и сложности обработки результатов измерений. Кроме того, в известном устройстве не определяется секущий модуль.Целью изобретения является повышение точности и упрощение обработки результатов измерений при определенйи модуля упругости и дополнительного измерения секущего модуля.Указанная цель достигается тем, что устройство для определения модуля упругости и секущего модуля материала с нелинейными упругопластическими свойствами, содержащее узел деформирования образца материала, датчики напряжения и деформации, электронные усилители сигналов датчиков напряжения и деформации и связанный с ними блок дифференцирова 957048переключатель 18, масштабный усилитель 40 19, измерительный прибор, например, цифровой вольтметр 20, и пороговые блоки 2 и 22, при этом уровень срабатывания порогового блока 21 в два раза выше, чем уровень срабатывания порогового блока 22.Запоминающие конденсаторы 12 и 13 параллельно соединены через нормально открытые контакты соответствующих реле 14 и 15 с выходом блока 11 дифференцирования, вход усилителя 16 соединен с конденсатором 13, выход усилителя соединен 4550 с входом блока 17 вычитания, с другим входом которого соединен конденсатор 12, а с выходом - контакт 23 переключателя 18, с двумя другими контактами 24 и 25 которого соединены соответственно сигнальные обкладки конденсаторов 13 и 12. Общий 55 контакт 26 переключателя 18 через масштабный усилитель 19 соединен с измерительным 3ния, снабжено двумя запоминающими конденсаторами, двумя реле, усилителем, имеющим коэффициент усиления, равный двум, блоком вычитания, переключателем, масштабным усилителем, измерительным прибором и двумя пороговыми блоками, уро вень срабатывания первого из которых в два раза выше, чем уровень срабатывания второго, запоминающие конденсаторы параллельно соединены через нормально открытые контакты соответствующих реле с выходом блока дифференцирования, вход усилителя соединен с выходом блока дифференцирования, вход усилителя соединен с одним из конденсаторов, выход усилителя соединен с входом блока вычитания, с другим входом которого соединен второй 15 конденсатор, а с выходом - контакт переключателя, с двумя другими контактами которого соединены сигнальные обкладки обоих конденсаторов, общий контакт переключателя соединен через масштабный уси 20 литель с измерительным прибором, входы пороговых блоков соединены параллельно с выходом электронного усилителя си гнала датчика деформации, выход первого порогового блока соединен с управляющей обмоткой первого реле, а выход второго 25 порогового блока соединен с управляющей обмоткой второго реле.На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.Устройство содержит узел 1 деформирования образца, который включает неподвижный захват 2, подвижный захват 3 образца 4 и силовозбудитель 5, управляемый блоком 6 нагрузки, датчик 7 напряжения, датчик 8 деформации, электронные усилители 9 и 10 сигналов датчиков напряжения и деформации и связанный с ними блок1 дифференцирования, запоминающие конденсаторы 12 и 13, реле 14 и 15, усилитель 16, имеющий коэффициент усиления, равный двум, блок7 вычитания,4прибором 20, входы пороговых блоков 2 и 22 соединены параллельно с выходом электронного усилителя 10 сигнала датчика 8 деформации, выходы пороговых блоков 21 и 22 соединены с управляющими обмотками соответствующих реле 14 и 5.Устройство работает следующим образом.Образец 4 для испытания закрепляют в захватах 2 и 3 узла 1 деформирования. При помощи силовозбудителя 5 ручным управлением с использованием режима пуск- остановка (кратковременными включениями выбирают зазоры в захватах 2 и 3, после чего устанавливают нулевые сигналы на выходах усилителей 9 и 10.Для определения модуля упругости Е и секущего модуля Е при деформации Е на шкалах пороговых блоков 21 и 22 устанавливают значения деформаций соответственно Е и /2 в интервале деформаций, где зависимость о - Я достаточно полно может быть представлена полиномом второй степени 6= а 6 + в Е+ с. При этом в устройстве используются следующие свойства диаграммы деформирования. Касательный модуль Е, секущий модуль и модуль упругости Еэ связаны соотношениямиЕ(Е/2) = Еь (б),Е = 2 Е(Е") - ЕГ )при которых не требуются данные о начальном участке деформирования и облегчается обработка результатов измерений.После устранения зазоров между образцом и захватами привод 5 включают в автоматический режим. При этом происходит деформирование образца 4, в результате чего постоянно увеличиваются сигналы датчиков 7 и 8 напряжения и деформации, которые усиливаются соответственно усилителями 9 и 10. Усиленные сигналы напряжения 6 и деформациипоступают на входы блока 11 дифференцирования, который непрерывно вырабатывает сигнал, пропорциональный производной 06/Ю . Этот выходной сигнал поступает одновременно на нормально открытые контакты реле 12 и 13 и, вследствие того, что эти контакты открыты, он дальше не проходит. Усиленный сигнал датчика 8 деформации поступает также на входы пороговых блоков 21 и 22, По мере продолжающегося деформирования деформация достигает первого установленного значения 6/2, срабатывает пороговый блок 22, на выходе которого появляется сигнал длительностью 0,2 с, На это же время включается реле 15, и замыкаются его контакты. Сигнал (с 6/дЕ) с выхода блока 11 дифференцирования поступает на конденсатор 13 и заряжает его до потенциала, пропорционального производной напряжения 6 по деформации С при дефор( - ь-)/2= Ет (2 ) = Е,После отключения реле 15 заряд на конденсаторе 13 сохраняется до конца измерения. По мере дальнейшего деформированияобразца 4 деформация его достигает величины Я. При этом срабатывает пороговыйблок 21 и на время -0,2 с, замыкаютсяконтакты реле 14, Конденсатор 12 заряжается до потенциала, пропорциональногопроизводной напряжения 6 по деформацииг. при деформации С, т. е,( Ьб ) ЕОдновременйо выходной сигнал порогового блока 21 поступает на блок 6 нагрузкии останавливает силовозбудитель 5. Нагружение прекращается. После отключенияреле 14 заряд на конденсаторе 12 сохраняется до конца измерения.Сигнал с конденсатора 13 поступает навход усилителя 16, имеющий коэффициентусиления, равный двум, а также на контакт 24 переключателя 18. Так что на выходе усилителя 16 формируется сигнал, пропорциональный величине 2 Е . Чтобыне возникла большая погрешность измерения, связанная с разрядом конденсатора 13,входное сопротивление усилителя 16 должно быть не менее 10 МОМ. Выходной сигнал усилителя 16 поступает на один извходов блока 17 вычитания. Сигнал с конденсатора 12 поступает на контакт 25 переключателя 18 и на второй вход блока 17вычитания, входное сопротивление которого также не менее О МОМ. На выходеблока 17 вычитания формируется сигнал,равный разности входных сигналов, т. е.пропорциональйый модулю нормальной упругости 55 Е = 2 Еэ( Е) - Е( Е").Этот сигнал поступает на контакт 23 переключателя 18. Путем подключения контактов 23 - 25 к общему контакту 26 потен 40 циалы, пропорциональные соответственно Е, Е( с) и Е(Р), подаются последовательно на масштабный усилитель 19, который имеет такой передаточный коэффициент, что показания связанного с ним цифрового вольтметра 20 равны либо значениям измеряемых модулей, либо их значениям, уменьшенным в 1 Од раз (п - целое число). Переключение контактов переключателя 8 и запись показаний цифрового вольтметра 20 производят вручную. При больших объемах испытаний опрос контактов автоматизируют, а к выходу вольтметра 20 подключают автоматическое цифропечатающее устройство.Устройство позволяет повысить точность и упростить обработку результатов измерений при определении модуля упругости и секущего модуля, поскольку его блок-схема дает возможность оптимально использовать соотношения между касательным модулем, секущим модулем и модулем упругости на основании аппроксимации диаграммы поли- номом второй степени. Устройство для определения модуля упругости материала с нелинейными упруго- пластическими свойствами, содержащее узел деформирования образца материала, датчики напряжения и деформации, электронные усилители сигналов датчиков напряжения и деформации и связанный с ними блок дифференцирования, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и упрощения обработки результатов измерения при определении модуля упругости и дополнительного измерения секущего модуля, оно снабжено двумя запоминающими конденсаторами, двумя реле, усилителем. имеющим коэффициент усиления, равный двум, блоком вычитания, переключателем, масштабным усилителем, измерительным прибором и двумя пороговыми блоками, уровень срабатывания первого из которых в два раза выше, чем уровень срабатывания второго, запоминающие конденсаторы параллельно соединены через нормально открытые контакты соответствующих реле с выходом блока дифференцирования, вход усилителя соединен с одним из конденсаторов, выход усилителя соединен с входом блока вычитания, с другим входом которого соединен второй конденсатор, а с выходом - контакт переключателя, с двумя другими контактами которого соединены сигнальные обкладки обоих конденсаторов, общий контакт переключателя соединен через масштабный усилитель с измерительным прибором, входы пороговых блоков соединены параллельно с выходом электронного усилителя сигнала датчика деформации, выход первого порогового блока соединен с управляющей обмоткой первого реле, а выход второго порогового блока соединен с управляющей обмоткой второго реле,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Методы испытания, контроля и исследования машиностроительных материалов. Под ред. А. Т. Туланова, т. 11. М., Машиностроение, 1974, с, 24 - 372. Патент США Мо 3948091, кл. 73 - 95, 1976 (прототип).Редактор Л. ГратиЗаказ 658530ВН но ени 1130илиал жг Состани ло Техред А Тираж 88 ИИПИ Государствен по делам изобрет 5, Москва, Ж - 35,ППП Патент, г.